Poster-TPE-2015-Laura-Marine

2014 - 2015
Comment les Chiroptères se sont-ils adaptés au vol ?
VLAHOVITCH Laura et JOUVE Marine
Classe de Première scientifique - Lycée Emile Peytavin – Avenue du 11 novembre - 48001 MENDE – Contact : [email protected]
Introduction – problématique
Dans la mythologie grecque, Icare (en
grec ancien Ἴ καρος / Ikaros) est le fils
de l’architecte Dédale et d’une esclave
crétoise, Naupacté. Il est connu
principalement pour être mort après
avoir volé trop près du Soleil.
Le mythe d'Icare est réellement la preuve, que depuis
toujours, l'homme cherche un moyen de voler cependant,
même en s'inspirant du seul mammifère ayant la capacité de
vol, il n'y parvient toujours pas.
Du fossile à nos jours
Conclusions
« Voler comme une chauve-souris »
L’ancêtre des chauves souris était un mammifère petit, quadrupède, avec une
morphologie de membre semblable à celui de la souris. Les plus anciens fossiles
de chauves souris trouvés datent de 50 millions d'années et celles ci apparaissent
déjà avec des aptitudes de vol battu :
s = Stylopode et correspond au bras pour le membre antérieur ;
z = Zeugopode et correspond à l'avant-bras pour le membre antérieur ;
a = Autopode et correspond à la main avec les doigts pour le membre antérieur.
I, II, III, IV et V correspondent aux doigts. Le doigt I correspond au pouce.
En quoi ces innovations génétiques permttent-elles un réel vol ?
Les ailes de chauves-souris sont composées d'une membrane de peau qui
s'étend entre la troisième, la quatrième et la cinquième phalanges.
Certaines grandes chauves-souris sont capables de planer comme des
oiseaux, et d'autres de battre les ailes avec une rapidité comparable
aux insectes. Les pattes arrières et la queue participent à la
stabilisation dynamique du vol, mais aussi à sa manoeuvrabilité.
La Portance
Les chiroptères sont les seuls mammifères capables de voler
de manière soutenue.
Le vol des chauves-souris s'adapte en fonction du poid, de la taille et de
la surface de l'aile de celle-ci. La portance entre donc ici en jeu.
Les chauves-souris ont acquis la capacité de vol il y a
environ cinquante millions d'années par une évolution
génétique, probablement une mutation des gènes de
développement PRX1 et BMP2. Il y a de nombreux facteurs
qui rentrent en compte pour que les chauves-souris puissent
acquérir la capacité de vol ; tel le développement de gènes au
stade embryonnaire et la portance.
Notre étude reste à compléter : nous pourrions nous
questionner plus globalement sur l'évolution du vol chez les
Mammifères, notamment ceux
qui n'ont pas acquis un vol battu,
comme l'écureuil
« volant» .
Formule de la Portance :
Quelles est la diversité des
chiroptères ?
Quelles sont les adaptations
morphologiques qui permettent le vol ?
Quelles sont les mutations qui ont permis l'apparition de
l'aile des Chiroptères ?
Caractéristiques
On a approché la diversité des chauves-souris en réalisant un
inventaire à la grotte des Blanquets le 5 février 2015. Nous
avons trouvé 24 individus de 5 espèces différentes !
On distingue classiquement deux sous ordres des chiroptères.
Les microchiroptères sont un sous ordre qui comprend 19
familles. Ces chauves-souris sont nocturnes, essentiellement de
petites tailles et elles pratiquent l’écholocation. La plupart des
microchiroptères sont insectivores cependant, certaines ne le
sont pas.
Les mégachiroptères sont un sous ordre qui comprend des
chauves-souris de grande taille et elles possèdent un régime
alimentaire frugivore- nectarivore. Ces chauves-souris sont
dépourvues de capacité d'écholocation. Le groupe se compose
d'une unique famille et sa répartition se limite à l'Afrique et à
l'Asie subéquatoriale.
Cependant, depuis quelques années, l’apport des phylogénies
moléculaires a profondément remis en cause les sous-ordres des
microchiroptères. Ces études soutiennent une nouvelle division
basale regroupant d’un côté les Yinpterochiroptera (incluant les
rhinolophes avec les megachiroptères) et de l’autre les
Yangochiroptera (regroupant tout les autres microchiroptères).
Les fossiles suggèrent que cette évolution s'est faite juste en quelques millions
d'années, ce qui fait un court laps de temps au niveau géologique, il y a 50
millions d'années, et depuis l'aile des chiroptères n'a pas évoluée.
La portance s'exprime en Newton.
Le Cz correspond au coefficient de la portance, il est determiné
expérimentalement dans une souflerie par méthode numérique.
P est la masse volumique du fluide en KG/m3
S est la surface ailaire en m²
V est la vitesse relative du fluide en m/s.
http://www.insecte.org/forum/viewtopic.php?f=77&t=89377
Qu'est-ce qui a déterminé l'allongement « brusque » des phalanges et
l'apparition de la membrane alaire ?
Les mutations étant à l'origine de l'évolution des espèces, quelques sont ou
quelle est la mutation à l'origine de l'acquisition de l'aile chez les
mammifères ?
L'évolution génétique
Les transitions morphologiques sont en lien avec des changements de
développement génétiques. Le développement des phalanges a lieu grâce à la
prolifération et la différenciation du cartilage, plus précisément des
chondrocytes qui sont les cellules composants le cartilage. Cette prolifération et
cette différenciation ce fait en plusieurs étapes : premièrement la phase de
repos, puis la prolifération, ensuite la différenciation précoce et enfin la
différenciation terminale suite à laquelle la division cellulaire chondrocyte
stoppe.
Le développement des phalanges se produit après que les condensations du
cartilage se soit formées.
La taille de l'hypertrophie est initialement comparable à celle de la souris.
L’intérêt s’est porté sur les  gènes PRX1 et BMP2 connus pour agir sur la
croissance des os longs des membres au cours du développement embryonnaire.
Les embryons de chauves-souris et de souris sont initialement comparables ; ce
n'est qu'à partir du vingtième jour que l'élongation des phalanges à l'origine
de l'aile commence.
La forme en arc de cercle de l'aile de la chauve-souris génère une
augmentation de sa vitesse avec une diminution de la pression du fluide
sur celle-ci.
Plus la taille et le poid de la chauve-souris sont important, plus la
portance est importante; c'est pourquoi il est assez difficile de définir
la portance chez la chauve-souris en général.
Bibliographie
Introduction et conclusion de la thèse de Anthony Ravel sur
les chauves-souris et échanges avec lui.
●
Article « Voler comme une chauve-souris de Dimitriadis
Grigorios de l'Université de Liège et échanges avec lui.
●
A Potential Role for Bat Tail Membranes in Flight Control,
James D.Gardiner, Dimitriadis Grigorio.
●
Development of bat flight : Morphologic and molecular
evolution of bat wing digits » , Karen E.Sears, Richard
R.Behringer
●
http://www.iletaitunehistoire.com/genres/conteslegendes/lire/icare-biblidcon_066
●
http://www.bioone.org/doi/abs/10.3161/150811008X414782
●
Remerciements aux chercheurs de l'expédition Lengguru
2014 de l'IRD.
●
Remerciements à Anthony Ravel et aux chiroptérologues
Jean-Pierre Malafosse et Rémi Destre
●
Remerciements aux spéléologues du comité départemental qui
nous encadrent et notamment Pierre Lemaitre et Laurent
Calmels.
TPE, travaux personnels encadrés par M. Grosroyat
(professeur de sciences physiques), M. Diverny (professeur de
mathématiques) et M. Jacquet (professeur de SVT).
●
Ce travail a été réalisé de septembre 2014 à mars 2015 dans le
cadre des TPE, épreuve du baccalauréat et en lien avec le suivi
pédagogique de l'expédition scientifique internationale de
l'IRD
LENGGURU 2014 Avec les partenaires :
Le vol battu est possible grâce à l'élongation des phalanges qui soutiennent l'aile.